Poluarea apelor cu nutrienti din sol si producerea de cianotoxine

Poluarea apelor cu nutrienti din sol si producerea de cianotoxine

Principala problema de risc biologic care rezulta din spalarea nutrientilor din sol (inclusiv a materiei organice) in apele de suprafata este asociata proliferarii cianobacteriilor si producerii de cianotoxine.

Tehnologiile agricole au fost adaptate pentru a se limita poluarea apelor de suprafata cu nitrati spalati din soluri, intrucat nitratii din apele de suprafata (sursa de apa potabila) determina printre altele imbolnaviri ale sugarilor (“boala albastra” = methemoglobiemie), si cresterea riscului de aparitie a cancerelor (datorita reducerii nitratilor la nitrozamine cancerigene).

Tehnologiile agricole nu sunt insa adaptate pentru limitarea poluarii apelor de suprafata cu fosfati. Mai mult, tehnologiile agricole urmaresc cresterea cantitatii de fosfor  solubil in sol. In contextul schimbarilor climatice solul va pierde prin spalare in apele de suprafata cantitati semnificative de fosfor ( a se vedea cursul 7). Aceste cantitati suplimentare de fosfor vor favoriza dezvoltarea cianobacteriilor, microorganisme fotosintetizante putin competitive in apa in conditii normale (pentru ca au o fotosinteza primitiva, putin productiva), dar care au un avantaj competitiv in cazul unui exces de fosfor (pentru ca sunt singurele microrganisme fotosintetizante care au capacitatea de a fixa azotul molecular, asigurandu-si astfel necesarul de macro-elemente).

Cianobacteriile sunt o componenta a comunitati fitoplanctonului (producatori primari liber-plutitori) si a organismelor de pe fundul moale, care traiesc pe suprafata sedimentelor din majoritatea rezervoarelor acvatice. O combinatie corecta a conditiilor de mediu, in special a concentratiilor ridicate de nutrienti, poate determina cresterea lor excesiva (inflorirea) care duce la colorarea in albastru, brun sau verde a apei datorata densitatii mari a populatiei de celule suspendate si la formarea de mazga la suprafata apei. Aceste acumulari de celule pot conduce la concentratii ridicate de toxine.

Producerea de cianotoxine de catre cianobacterii pare sa aiba o raspandire larga, dar neregulata de-a lungul celor cinci grupe de clasificare a cianobacteriilor bazate pe tulpini axenice. Spre exemplu, microcistinele ciclice hepatotoxice sunt produse de membri ai genurilor Microcystis, Anabaena, Planktothrix, Hapalosiphon, Anabaenopsis, si Nostoc. Spre deosebire de acestea, producerea nodularinelor pentapeptidice ciclice pare sa fie limitata numai la genul Nodularia dintre cele cinci genuri de cianobacterii cu crestere independenta, cu indicatii despre producerea nodularinei de catre simbiontii cianobacterieni dintr-un burete marin. Investigatiile filogenetice au indicat o existenta timpurie si larg raspandita a genelor implicate in sinteza peptidelor nonribozomale, inclusiv in sinteza microcistinei. Se pare ca in cianobacteriile respective are loc o distributie sporadica a sintezei microcistinei datorita pierderilor repetate de gene care codifica biosinteza microcistinei in liniile ulterior derivate ale acestor organisme. Acest model pare sa fi aparut datorita unei dezvoltari timpurii a producerii de microcistina, urmata de pierderi repetate de gene in evolutia cianobacteriilor. Consecintele toxinelor cianobacteriene asupra sanatatii umane, a industriilor care se bazeaza pe apa, a activatilor recreative si asupra vietii salbatice ingrijoreaza din ce in ce mai mult, deoarece eutrofizarea si cresterea temperaturilor globale declanseaza cresteri ale raspandirii geografice, densitatilor populatiilor si duratei infloririlor cianobacteriene in apele dulci, salmastre si marine. Otravirile umane ca urmare a infloririi cianobacteriene pot fi serioase; in Australia, 150 de persoane care au baut apa contaminata cu cianotoxine au fost spitalizate si > 50 de pacienti dializati dintr-o clinica braziliana, care fusesera expusi la microcistine, au murit. Deoarece cianotoxinele au fost gasite in apa potabila, Organizatia Mondiala a Sanatatii a propus o valoare limita de 1,0 µg/l pentru microcistina LR in cazul acestei ape. In Europa, aceste biotoxine nu au fost inca reglementate in mod clar. Directiva Cadru Europeana referitoare la ape (2000/60/EC) caracterizeaza cianotoxinele ca pe prioritate majora in ceea ce priveste poluantii apei si include dezvoltarea excesiva a cianobacteriilor (in general categoria microalgelor) ca o degradare majora a sistemului acvatic.

Efectul infloririi (eutrofizarii) cianobacteriene periculoase pentru sanatate pare a fi mai important decat producerea de cianotoxine cu toxicitate acuta. S-a constatat ca ^b-N-methylamino-L-alanina (BMAA), un aminoacid neproteic produs de toate cianobacteriile (Cox si colab., 2005; Diverse specii de cianobacterii produc aminoacidul neurotoxic BMAA, PNAS, 102 (14), 5047-5078). Descoperire initiala a  BMAA, facuta in semintele de palmier-cicada, a sugerat ca substanta este o cauza posibila a complexului dementei parkinsoniene/ sclerozei laterale in placi (ALS/PDC) care are o rata a incidentei ridicata la populatia Chamorro din teritoriile Guam, comparativ cu ratele de incidenta ale ALS din alte locuri. Cu toate ca BMAA, ca o presupusa cauza a ALS/PDC, a fost initial pus in discutie, aceasta ipoteza a retras atentia atunci cand s-a descoperit ca BMAA este bioamplificata in ecosistemul din Guam. Substanta a fost gasita si in tesuturile cerebrale ale oamenilor Chamorro care au murit de ALS/PDC, dar nu la pacientii care murisera din alte cauze decat neurodegenerescenta. De asemenea, BMAA a fost recent descoperit si in tesuturile cerebrale a noua pacienti canadieni bolnavi de Alzheimer, dar nu a fost detectat in tesuturile cerebrale ale altor paisprezece pacienti canadieni care murisera din cauze nelegate de neurodegenerescenta. Aceste noi descoperiri accentueaza si mai mult riscul ridicat al infloririlor cianobacteriene, deoarece acest aminoacid neurotoxic prezinta o puternica bioamplificare (acumulare crescanda de molecule bioactive, la concentratii adesea primejdioase  in nivele trofice superioare ale lantului alimentar).

Exemplele prezentate mai sus ilustreaza riscurile multiple inclusiv si mai ales biologice) care rezulta  mediat (datorita conexiunilor multiple) din diferitele impacturi antropice asupra solului (si mai ales datorita schimbarilor de clima induse de efectul de sera generat artificial de poluarea produsa de dezvoltarea societatii umane).